COMPORTAMENTO DE
FORMIGAS
•VIDA ARTIFICIAL
•OTIMIZAÇÃO ATRAVÉS
DE COLÔNIAS DE FORMIGAS
CHRISTIANE WENCK NOGUEIRA
COMPORTAMENTO DE FORMIGAS
-Soluções para uma variedade de problemas baseiam-se nos
chamados sistemas-formigueiros, modelos computacionais
em que os algoritmos são inspirados no comportamento de
colônias de formigas.
-Trata-se de uma área recente, desenvolvida a partir de 95,
no âmbito da chamada Inteligência de Enxame ,um campo da
investigação científica em vida artificial.
-Os desenvolvimentos nestas áreas têm levado à conclusão
de que os fenômenos complexos podem resultar da interação
simultânea entre múltiplos mecanismos simples.
Colônias de Formigas
 O campo dos “algoritmos formiga” estuda modelos derivados
das observações do comportamento das formigas reais e
utiliza esses modelos como fonte de inspiração para o “design”
de novos algoritmos em problemas de otimização.
 Vários comportamentos das colônias de formigas inspiraram
soluções para diferentes problemas (recolher alimentos,
divisão do trabalho, transporte cooperativo, agrupamento das
crias, reconhecimento colonial, etc).
Colônias de Formigas
- Dois físicos, Dante Chialvo e Mark Millonas em 1995,
construíram um modelo algorítmico que conseguiu
reproduzir o comportamento das colônias de formigas
na formação de carreiros.
Colônias de Formigas
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As colônias de formigas são sistemas distribuídos que
apresentam organizações sociais altamente estruturadas
independentemente da simplicidade ao nível individual.
Os princípios da auto-organização que permitem o
comportamento coordenado das formigas, podem ser
explorados para resolver diversos problemas.
Colônias de Formigas
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Estigmergia: É a estimulação das operárias através da
“performance” de realização. As térmitas são capazes de
criar
bolas de lama para construírem os ninhos,
impregnam essas bolas de lama com feromônios e
largam-nas no chão. As térmitas são atraídas pelo
feromônio e assim, depositam bolas de lama perto umas
das outras, construindo pilares, arcos, túneis e câmaras.
Pierre-Paul Grassé,1959.
Colônias de Formigas
 A importância da estgmergia está no fato da
comunicação estar mediada por modificações físicas dos
estados do meio-ambiente, os quais só são localmente
acessíveis pelos agentes.
 O comportamento de recolher alimentos de muitas
sociedades de formigas baseia-se na comunicação indireta
mediada por feromônios (estigmergia através de marcas).
Colônias de Formigas
Colônias de Formigas
Emergência de um trilho
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Enquanto caminham as formigas depositam feromônios
no chão, formando um trilho de feromônio.
As formigas são capazes de perceber o químico e
tendem a escolher, de modo probabilístico, caminhos
onde haja maior concentração de químico.
O trilho químico, é uma estrutura emergente e autoorganizada e resulta do “feedback” positivo. Quanto
mais químico, mais formigas são atraídas e ainda mais
químico, reforçando-se o trilho que atrai ainda mais
formigas.
Colônias de Formigas
Experiência da ponte bifurcada (Deneubourg,1958)
Colônias de Formigas
Experiência da ponte bifurcada (Deneubourg,1958)
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Ponte entre o ninho e a fonte de comida, com dois
ramos de igual comprimento. As formigas acabam por
escolher um único dos dois caminhos, aleatoriamente,
depois de uma fase inicial transitória
Explicação: Não há preferência inicial mas pequenas
flutuações iniciais poderão ser ampliadas dando origem a
preferência por um dos caminhos.
Colônias de Formigas
•O “Feedback” Negativo remove da memória coletiva
(exterior) as soluções antigas e as más soluções;
•Evaporação do Feromônio:O desaparecimento da comida
+ evaporação impedem que um lugar esgotado continue a
ser procurado;
•As fontes de alimentação mais distantes são exploradas
depois das mais curtas.O Feromônio tem menos tempo
para se evaporar nas soluções mais curtas.
Colônias de Formigas
A aleatoriedade permite que novas soluções sejam
procuradas e guia a exploração das soluções atuais;
As decisões das formigas são probabilísticas;
As fontes de comida são encontradas de modo aleatório.
Nenhum indivíduo pode resolver um problema. Só através
da interação de muitos é que a solução pode ser encontrada.
Uma única formiga não pode “recolher” comida. O
feromônio evaporar-se-ia rapidamente.
Colônias de Formigas
A idéia do que foi apresentado é utilizar uma forma
artificial para caracterizar agentes autônomos;
As características da estigmergia podem ser estendidas
aos agentes através de
(i) associar variáveis aos estados do problema e
(ii) dar aos agentes um acesso a essas variáveis.
Colônias de Formigas
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Modo Para o açúcar
As formigas para a frente constroem uma solução
escolhendo probabilisticamente o próximo passo entre as
possibilidades em sua volta.
Devido as diferenças entre os caminhos das formigas, o
instante temporal em que as diversas formigas atingem
o objetivo difere de formiga para formiga.(As formigas
que escolham caminhos mais curtos chegarão mais
depressa).
Colônias de Formigas
Modo Regresso
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As formigas no modo de regresso,devido a memória do
caminho percorrido, refazem o mesmo caminho, desde o
açúcar até o ninho.
As formigas utilizam o sol como referência. A engenhosa
"Catagliphys bicolor" usa sua parte traseira para se
orientar através da sensibilidade à luz solar, tomando-a
como referência para encontrar o caminho de casa.
Colônias de Formigas
Formiga "conta passos" para voltar ao ninho, estudo de 30 de junho de 2006,
pesquisadores da Universidade de Ulm, na Alemanha, e de Zurique, na Suíça .
-Usaram pernas de pau para alongar pernas de formigas
-Eles já sabiam que as formigas do Saara se orientavam
pelas dunas desérticas através de uma espécie de
“bússola interna”, funcionando a partir da luz solar.
A dúvida era sobre como os insetos se relacionavam
com as distâncias.
Colônias de Formigas
-Fizeram as formigas caminhar até alcançar a comida.
-Para o trajeto de volta, no entanto, os pesquisadores
mudaram o comprimento das pernas das cobaias: parte
do grupo teve as pernas parcialmente amputadas;
a outra parte teve as pernas alongadas com pernas
de pau.
Colônias de Formigas
- Na experiência, as formigas com pernas mais longas
caminharam uma distância mais longa para voltar
à casa; já os insetos com pernas mais curtas
encerraram seu trajeto antes de chegar ao
ponto de origem.
-Os pesquisadores concluíram que as formigas “contavam”
os passos da ida para medir a distância na volta.
-Tanto que os insetos que caminharam a ida e a volta
com pernas mais curtas ou mais longas conseguiram
julgar com bastante precisão a distância entre o ninho e a
comida.
PROGRAMA DELPHI
-PONTO DE REFERÊNCIA ÀS FOMIGAS – SOL;
-RETORNAR AO NINHO NÃO DE MANEIRA ALEATÓRIA;
-RETORNAR PELO MESMO CAMINHO QUE FORAM
(CONTAR OS PASSOS);
-QUANTO MAIOR O NÚMERO DE FORMIGAS MELHOR
SERÁ A PERFORMANCE DO PROGRAMA EM RELAÇÃO
AO TEMPO PARA FORMAREM O “CARREIRO”.